Проектирование фундаментов по предельным состояниям

Проектирование фундаментов по предельным состояниям

До 1962 г. фундаменты проектировали по допускаемым нагрузкам, а затем перешли к проектированию по предельным состояниям.

Сейчас в расчете оснований рассматриваются их предельные состояния по несущей способности (первое предельное состояние, согласно СНиП 2.02.01−83*) и по деформациям (второе предельное состояние). При этом оба вида указанных состояний между собой, как правило, не совпадают. Часто оказывается, что несущая способность грунтов по устойчивости еще далеко не исчерпана, а в осадках фундаментов уже достигнуто предельное состояние их развития. Поэтому расчет оснований по деформациям обычно считается основным, а расчету устойчивости грунтов чаще придают проверочный характер.

Рис. 1.

Рпр — очень большое значение и не удовлетворяет величине предельно-допустимых осадок.

S — ожидаемая совместная осадка сооружения и основания по расчету;

SU — предельно допустимая осадка основания и сооружения.

Величина SU = f (чувствительности здания, технологических, архитектурных требований).

Пример технологических требований — фундамент турбогенератора.

L= 40 — 50 м; SПР. — имеет min значение, т.к. даже при толщине плиты.

h =1 м и L = 50 м конструкция все равно будет гибкой, испытывая прогиб или выгиб И такие деформации приводят к выводу машины из строя.

На величину S — влияет жесткость сооружения, уменьшая неравномерные осадки, однако до настоящего времени жесткость сооружения в расчет обычно не учитывается — что идет в запас расчета.

Под S — может быть: — абсолютная осадка;

• — средняя осадка; (Sср)
• — разность осадок; (ДS)
• — крен;
• — прогиб
• — выгиб; кривизна; угол закручивания;
• — горизонтальные смещения.

Sср = (a1F1S1 + a2F2S2 +…+ anFnSn)/(a1F1 + a2F2 +…+ anFn).

где a1, a2, an — количество одинаковых фундаментов, имеющих площади F1, F2, Fn — соответственно, S1, S2, Sn — подсчитанные осадки.

Опыт строительства показывает, что легкие здания в однородных грунтах при согласованном залегании слоев, сжимаемость которых с глубиной уменьшается, получают осадки в 2−3 раза меньше предельных, и тогда нет необходимости рассчитывать осадку.

mv1 > mv2 >mv3 > mv4.

Рис. 2.

Необходимым и достаточным условием здесь будет выполнение неравенства:

где Р — фактическое среднее давление грунта под фундаментом;

R — расчетное сопротивление грунта основания.

R = (гc1 гc2 / k) [MгkzbгII + Mqd1 гII' + (Mq — 1) db гII'+MccII] (1).

где, гc1 — коэффициент работы грунтового основания (1,1 — 1,4).

гc2 — коэффициент работы здания или сооружения во взаимодействии с основанием (1,1…1,4 для здания с жесткой конструктивной схемой; 1 — для здания с гибкой конструктивной схемой).

k — коэффициент надежности (1,1 — при определение характеристик грунтов по косвенным данным); (1 — при определение характеристик грунтов по непосредственным данным).

Mг; Mq; Mc — эмпирические коэффициенты, зависящие от цII (расчетное значение угла внутреннего трения).

b — меньшая сторона подошвы фундамента (м);

гII'- осредненное (по слоям) расчетное значение удельного веса грунта, залегающего выше отметки подошвы фундамента;

гII — то же, но залегающего ниже подошвы фундамента;

cII — расчетное значение удельного сцепления;

db — глубина подвала (м);

d1 -глубина заложения фундаментов без подвальных сооружений; приведенная глубина заложения для зданий с подвалом.

п — удельный вес конструкции пола подвала,.

R — расчетное сопротивление грунта основания, это такое давление, при котором глубина зон пластических деформаций () равна ¼b.

Рис. 4.

Использование данной формулы:

Конструктивно задаемся шириной фундамента b.

По характеристикам грунта определяем R.

Сравниваем R и Р.

P=(N0+Nф+Nгр)/A.

Тогда.

г ср — средний удельный вес фундамента и грунта на его уступах, г ср = 20…22 (кН/м3) — для зданий без подвала; 16…19 (кН/м3) — для здания с подвалом.

Для зданий III и IV класса можно не вычислять R, а принимать это значение по таблице СНиП 2.02.01−83. Там собраны и обобщены опытные данные, начиная с Российской империи.

В таблицах СНиП R0 — называется условным расчетным сопротивлением (обычно используется для зданий с b = 0,6…1,5 м и d = 1…2,5 м для грунтов, у которых сжимаемость с глубиной не увеличивается и пласты залегают горизонтально).

Проектирование по предельному состоянию по устойчивости, несущей способности (первое предельное состояние) Условия расчета.

1. Наличие постоянно действующей горизонтальной составляющей.

Рис. 5.

2. Основание ограничено нисходящими откосами.

Рис. 6.

При проектировании анкерных фундаментов.

Рис. 7.

анкерный фундамент грунт устойчивость При наличии в основании скальных пород.

Расчет оснований по несущей способности.

F? гсFu/гq.

F — расчетная нагрузка на основание, при наиболее невыгодной комбинации нагружения; Fu — несущая способность основания (сила предельного сопротивления основания); гс — коэффициент условия работы основания; гq — коэффициент надежности (? 1,2 — в зависимости от ответственности здания и сооружения).

Для скальных грунтов.

Rc — расчетное значение временного сопротивления образца скального грунта сжатию в водонасыщенном состоянии.

Nu — вертикальная составляющая силы предельного сопротивления.

b/l/ - приведенные ширина и длина фундамента.

b/= b — 2eb.

l/= l — 2el.

Для однородных нескальных грунтов несущую способность находят аналитически.

Nu = b`l`(Nгb` гIог + NqdгIоq + NccIоc).

Nг = лгiгnг лг.

Nq = лqiqnq лq.

Nc = лcicnc лc.

iг iq ic — коэффициенты влияния угла наклона нагрузки,.

nг nq nc — коэффициенты влияния соотношения сторон прямоугольного фундамента.

Графоаналитический метод определения Nu с построением кругло цилиндрических поверхностей скольжения — применяется если:

• — основание сложено неоднородными грунтами;
• — величины пригрузок с разных сторон фундамента отличаются, > чем на 25%.

Недостатки проектирования фундаментов по R:

Выравнивание давления приводит к разной ширине подошвы фундамента и разной величине активной сжимаемой толще, значит и к разным (неравномерным) осадкам.

Правильнее проектирование вести по заданной (одинаковой) величине осадки с проверкой расчета по первому предельному состоянию, или расчет одновременно по двум предельным состояниям.

S? SU b.

Рис. 8.

Рис. 9.